| 기술사 핵심이론 제4장 <반송 설비>
3. 닥트 시스템(Duct System)
(1) 닥트계의 정풍량과 변풍량
1) 정풍량 공조 방식(Constant Air Volume System) : CAV 공조 방식
① 공조기팬 풍량 및 취출구 풍량이 일정하다.
② 부하 변동에 대한 대응은 취출온도를 변화시켜서 제어 한다. 즉 말단에 재열기를 설치하여 부하를 감지, 취출온도를 설정치로 변화시키는 경우와 공조기에서 직접 취출온도를 변화시키는 경우가 있다.
2) 변풍량 공조 방식(Variable Air Volumin System)
① 부하변동에 대해 취출풍량을 변화시켜 대응하며 취출온도는 변화시키지 않는다.
② 닥트 내 정압변동을 없애거나 줄이기 위해 닥트 내 말단부분의 정압을 감지하여 팬을 제어 하여야 하며 닥트 내 정압변동에 대해 정풍량 특성을 갖는 VAV Unit 즉 Pressure independent type의 유닛을 설치하여야 한다.
(2) VAV 공조 방식의 설계
1) VAV 공조 System의 특징
① 장점 : 부하변동에 대한 추종성이 우수하다.
송풍량, 닥트치수, 코일, 열원설비, 반송기기의 용량이 감소된다.
에너지가 절감된다(송풍기 동력 및 열원부하 경감).
② 단점 : 초기투자비가 많이 든다.
자동제어가 복잡하다(팬정압제어, 급기와 환기의 공기 밸런스제어, 외기량제어, VAV유닛제어)
실내 공기질이 악화된다(환기불량).
소음 발생 및 실내 기류분포가 악화된다.
습도제어의 불량 디퓨져 선정의 어려움 유지관리에 전문성을 요한다.
2) VAV 유닛의 종류
① PD(Pressure Dependent)와 PI(Pressure Indendent)
- 압력종속식(Pressure Dependent Type)
실내 온도만을 검출하여 유닛의 개도를 설정하므로 닥트 내의 정압 변동이 생기면 설정풍량이 취출되지 않는다.
공조기 팬에 의해 닥트 내 정압이 정밀제어되는 소규모 VAV 시스템에서는 적용이 가능하나 대규모 VAV 시스템에서는 닥트 내 정압변동이 크게 되므로 적용이 곤란하다.
- 압력 독립식 (Pressure Indendent Type)
실내온도와 풍속(풍량 또는 정압)을 검출하며 실온을 검출하여 요구풍량을 설정하고 통과 풍량을 검출하여 설정풍량과 비교한 편차를 없애는 피드백제어를 행함으로써 닥트 내 정압 변동이 생기더라도 목표하는 일정 풍량(정풍량)을 확보할 수 있다.
또한 정풍량 기능이 내장된 기계식 VAV 유닛도 있다. 과거에는 정풍량 기능이 내장된 기계식 VAV 유닛을 사용하였으나 스프링의 경년변화 등으로 최근에는 DDC방식의 VAV 유닛을 사용하고 있다.
이 시스템은 실온을 감지하여 필요 풍량을 설정하고, VAV 유닛을 통과하는 풍량을 풍속센서로 감지, 설정풍량과의 편차를 제거하는 방향으로 엑츄에이터(댐퍼모터)를 조작해 댐퍼와 개도를 조절한다.
따라서 닥트 내 정압변동이 있더라도 부하처리에 필요한 설정풍량을 확보할 수 있다. 이와 같은 Pressure Indepent type의 VAV 유닛을 정풍량 VAV 유닛이라 부른다.
② VAV 유닛의 종류
- 바이패스형
- 교축형(Throttle Type)
- 유인형
- Fan-Powered VAV
- 교축형
이점 :
① 송풍 동력을 절약할 수 있다.
② 정풍량 기능을 갖기 때문에 덕트계의 설계. 시공이 용이하다.
결점 :
① 덕트 내의 정압변동이 크기 때문에 정압제어가 필요하다.
② 발생소음이 크다.
- 바이패스형
이점 :
① 덕트 내 정압변동이 없다.
② 청자애의 조명열이 제거된다.
③ 팬제어가 필요하지 않다.
④ 소규모 시스템의 경우 교축형을 적용하는 것보다 설비비가 저렴하다.
결점 :
① 송풍동력의 절약을 할수 없다.
② 덕특계의 증설, 개수에 대해 유연성이 없다.
③ 천장 내 발열이 공조부하로 되는 비율이 높게되어 냉동기 부하가 증대한다.
④ 필터의 제진부하가 크다.
⑤ 유닛에서의 발생소음이 크다.
- 유인형
이점 :
① 덕트치수를 작게 할수 있다.
② 실내 또는 천장 내 발생열을 온열로 이용할 수 있다.
③ 1차공기온도를 올림에 따라 최소 부하시에도 적절한 환기량이 얻어진다.
결점 :
① 제진·제취 성능이 낮다.
② 1차공기의 노즐압력이 필요하기 때문에 송풍 동력이 높게 된다.
③ 유닛에서 취출구까지 또는 흡입덕트를 설치하는 경우는 흡입구까지의 길이에 한계가 있다.
3) 조운별(외주부ㆍ내주부)시스템 선정
① 외주부
i) 변풍량 방식
- 냉방 시 : VAV 유닛에 의한 급기(냉풍)풍량제어, 급기풍량이 환기 부하를 처리하기 위한 최소 외기량 이하 시 최소 외기량을 확보하고 이때는 실온을 감지해 재열기 가열량을 제어한다.
- 난방 시 : 실온을 감지하여 VAV 유닛에 의한 급기(온풍) 풍량제어를 할 수 있다. 그러나 풍량 감소 시 온풍이 거주역(바닥)에 도달하지 못하고 최소 환기풍량 이하 시에는 냉각이 필요하는 등의 문제가 있으므로 VAV 시스템은 환기 부하만 처리하고 난방부하는 별도의 가열코일이나 Convector에 의한다.
ii) 정풍량 방식
공조기 출구온도는 여름에는 냉각기, 겨울에는 가열기를 통해 제어되며 말단재열기를 설치하여 실내부하, 즉 실온을 감지하여 재열기 가열량을 제어한다.
② 내주부
부하의 변동폭이 작을 때는 정풍량 공조방식이 바람직하며 부하의 변동폭이 클 때는 변풍량 공조방식으로 하되 난방 시 예열부하를 처리하기 위한 재열기를 부착한다.
4) VAV 공조시스템의 설계상 유의할 점
가) 송풍기 정압제어
닥트 내 정압은 풍량의 변화에 따라 변동하게 되므로 이로 인하여 VAV 유닛의 제어가 교란된다. 따라서 정압의 변동을 허용치 이하로 안정시키고 팬 동력을 경감시키기 위해 닥트 내 정압센서(팬으로부터 닥트 말단의 2/3~3/4 위치에 설치)에 의해 송풍기 정압제어를 해야 한다. 팬 제어에는 토출 및 흡입 댐퍼제어, 흡입 베인제어, 회전수제어 등이 있다.
Smoke Damper 등이 닫혀 송풍기 정압이 위험수위를 넘어서는 것을 방지하기 위해 팬 바로 출구의 정압센서에 의해 팬을 정지시키는(Fan Shot-Down) 급기닥트 정압상한 제어를 행한다.
나) 실내의 적정압력 유지와 풍량의 밸런싱을 위한 환기팬 제어
실내의 극간풍을 방지하기 위해 실내는 늘 양압으로 유지해야 한다. 그러기 위해서는 환기량을 다음과 같이 제어해야 된다.
환기량 = 급기량 - 실내배기량(화장실 및 흡연실 배기량 + 양압 유지를 위한 유출량)
이를 위한 환기팬 제어 방법에는 다음과 같은 방법이 있다.
① 개회로 방식(Open Loop Control)
환기팬을 급기팬과 연동하여 제어하는 방식으로 급기팬의 풍량이 변화되는 비율만큼 환기팬의 풍량을 변화시키는 방법이다. 급기팬과 환기팬의 특성곡선이 같아야 하며(상사를 의미) 운전곡선을 검토하여 급기팬과 환기팬의 차이가 일정하도록 환기팬 풍량을 제어하는 것이 바람직하다. 그러나 이와 같이 제어하기는 어려우며 결과(풍량이나 실내정압)를 검출하지 않음으로써 정확한 제어가 어렵다. Night purge나 Warming-up 시 외기댐퍼가 닫힌 경우에는 실내정압이 올라가며 급기팬의 흡입 닥트 내 정압이 지나치게 부압(-)돼 닥트계통이 위험하게 된다. 때문에 이 방식을 적용해서는 안 된다.
② 실내 정압센서에 의한 환기팬 제어
실내 공기의 정압센서와 외기 정압(대기압)센서의 차압이 일정하게 되도록 환기팬을 제어 한다.
③ 풍량 추적에 의한 환기팬 제어
급기풍량과 환기풍량을 측정하기 위해 풍량측정기, 즉 FMS(Flow Measuring Station)를 설치(환기풍량 = 급기풍량 - 실내배기량)하여 환기팬을 제어한다. 정밀제어를 할 수 있지만 제어로직이 복잡(PID 동작)하고 여러 대의 FMS를 설치하게 되면 비용이 많이 든다.
외기댐퍼가 닫힌 상태(Night purge나 Warming-up 시)로 운전 시 환기풍량은 급기풍량과 같아야 하며 이때 실내 배기량을 막기 위해 화장실 등의 배기팬은 정지되어야 한다.
④ 환기닥트 정압센서에 의한 환기팬 제어
환기닥트의 정압(외기의 정압을 기준)을 감지하여 이를 일정하게 되도록 환기팬을 제어한다.
다) 외기량의 확보
외기 도입닥트에 풍량측정기(FMS)를 설치, 실내 열부하가 감소하여 급기팬 풍량이 감소하더라도 외기댐퍼와 환기댐퍼를 적절히 조절해
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